自控基本知识

自控基本知识

（一）基本概念

自动控制是指用专用的仪表和装置组成控制系统，以代替人的手动操作，去调节空调参数，使之维持在给定数值上，或是按给定的规律变化，从而满足空调房间的要求。现在国内自动控制采用的方法，都是先测出调节参数对给定值的偏差，然后根据这个偏差，经控制系统的调节，消除干扰的影响，使调节参数再回到给定值(或允许范围)。

（二）自动控制系统的组成

目前空调自动控制系统多采用电动调节。这样的控制系统可由下面所示方块图表示：

附图：自动控制系统方块图

由于外扰的作用，调节对象的调节参数发生变化，经敏感元件测量并传送给控制机构（调节器），调节器根据调节参数对给定值的偏差，指令执行机构使调节机构动作，去调节调节对象的负荷，使调节参数回到原来的给定值。在给执行机构供电的主电路上，为使调节稳定，常装有通断机构，以便对执行机构间断供电。

（三）自动调节常用术语

1．调节参数(也叫被调参数)

需要维持数值不变或在允许范围内变化的参数，叫做调节参数。空调中的调节参数主要是温度、湿度、压力，还有水位等等。

2．给定值(也叫定值值)

就是根据需要给调节参数预先规定的不变值或波动范围，叫做给定值。例如规定维持房间温度为23±0.5℃，这个数值(即波动范围22.5～23.5℃)就是室温调节系统的给定值(范围)。

3．偏差

调节参数的实际数值同给定值之间的差值，叫做偏差。例如，规

定控制温度(给定值)为20℃，而实际却是21℃，它们相差的1℃即为偏差。

4．扰动

能引起调节参数产生偏差的因素，叫做扰动或干扰。空调中引起空调房间温度变化的因素，象室外温度变化、送风温度变化以及室内余热变化等等，都是室温的扰动。自动调节的作用，也正是为消除扰动的影响，使调节参数恒定或在要求范围内。

5．调节对象

需要维持调节参数的数值不超过给定的变化限度的地方，就叫做调节对象。在空调中，需要调节空气参数的各个环节都是调节对象，如恒温室，喷水室出口、二次加热器之后等等。

6．敏感元件

测量和反映调节参数大小的部件，叫做敏感元件。空调中主要是感温元件，即测量温度的设备，象热电阻等。此外还有感湿元件、压力测量元件和水位指示设备等。

7．调节器

接受敏感元件的信号并指令执行机构动作的二次仪表或装置，统称调节器。

8．执行机构

接受控制机构(调节器)的指令并驱使调节机构动作的设备，叫做执行机构。比如接触器、电机和调压器等等。

9．调节机构

直接影响和调节被调参数的机构，叫做调节机构。比如电加热器、双通三通水阀、风阀等等。

（四）调节对象的特性

调节对象是自动调节系统的服务对象。它的特性如何，直接影响到自动调节系统的效果。这些特性是；

1．对象的负荷

当调节过程处于稳定状态时，在单位时间内流入或流出调节对象的能量，叫做调节对象的负荷。比如，当空调房间的空气温度保持恒

定时，单位时间流入或流出空调间的热量，就是空调间的负荷。这时流出的热量和流入的热量相平衡。

由于外扰的作用，将引起对象负荷的变化(比如对于空调间来说，由于室外温度的变化，便改变了它向室外的散热量)，从而破坏了原来的能量平衡状态，引起调节参数的变化，于是调节过程便开始，以改变对象的输入或输出能量，使能量达到新的平衡，令调节参数回到给定值。可见调节对象负荷的变化情况，直接牵涉到对自动调节系统的要求。如果对象的负荷变化速度相当急剧，那么就要求自动调节系统具有较高的灵敏度，能够在调节参数偏差很小时就开始调节动作，以便迅速恢复平衡。反之，对自动调节系统灵敏度的要求就不一定那样高。一般空调对象负荷变化是比较缓慢的。

2．对象的传递系数

对象的负荷每变化一个单位能量时，引起调节参数相应的变化量，称为传递系数，以K表示。例如，喷水室的传递系数是指在一定喷水量和风量下，喷水温度每变化1℃时引起露点温度的变化，水加热器的传递系数是指热水温度变化l℃时通过它的空气温度变化值，恒温室的传递系数是指在一定送风量下，送风温度变化1℃时引起室温(一般指控制点)的变化值。综合以上所述就是，假设在对象负荷的温度变化为Δθf时，引起对象的温度变化为Δθ，则K＝（Δθ）/(Δθf)。传递系数K值小，当扰动破坏平衡状态时，调节参数离开给定值的偏差小，自动调节系统就容易保持平衡，反之，传递系数大，调节参数离开给定值的偏差大，调节对象不易保持平衡。

3．对象的时间常数(也叫反应时间)

它表示当调节对象的负荷发生最大变化时，调节参数保持初始的变化速度，使其值改变到规定数值所需的时间，以T表示。反应时间的倒数叫对象的灵敏度，它的意思是当调节对象的负荷产生最大变化时，调节参数的变化速度。它们表示了当调节对象的负荷发生变化时，引起调节参数变化速度的快慢，反应时间长(灵敏度小)表示即使热量变化(扰动)很大，温度也只能是很缓慢的变化，反之，反应时间短(灵敏度大)，表示室温的变化速度快，热惯性小。

在空调中对象的时间常数T是这样确定的，即对象的冷热负荷从某稳定值突然改变(阶跃)到某稳定值，调节参数——温度从原稳定值起达到负荷阶跃后最后稳定值的63.2％时的时间。

4．对象的滞后(也叫延迟)

当对象的负荷变化时，调节参数并不能立即随着变化，而是延迟一个时间后才开始变化，这段时间称为滞后时间，以τ表示。比如空调系统中，电加热器电源刚接通，空调房间控制点的温度不会马上上升，而要经过一段时间(在这段时间内进行热量输送和空气混合等)才开始上升。

调节对象的滞后，对于调节过程产生不利影响，它将降低调节系统的稳定性，增大调节参数的偏差，拖长调节时间。

附图：调节对象的飞升变化曲线

综上所述，比较理想的调节对象是负荷变化要小，传递系数要小些，滞后时间短些。

（五）调节器的特性

调节器在自动调节系统中，象人的大脑一样，它负责接受信号并发出动作命令。它有以下主要特性：

1．调节范围

指的是调节器的工作范围，即调节器能在调节参数从某值到某值的范围内工作，一般即表盘刻度值。

2．精度等级

它代表仪表自身所产生的基本误差，是指仪表在正常工作条件下可能发生的最大绝对误差Δx(仪表读数与被测量的实际值之差)，与仪表额定值XH(表盘最大刻度值即满标值)的百分比。有两种表示方法，一种是用百分数表示，比如说某表精度为1％，一种是以百分数中的数字表示，即把1％称为1级表，0.5％称为0.5级表等等。显然数字越小表示仪表误差越小。

由于仪表误差Δx出现的位置不定，所以测量数字愈小误差愈大。比如某一个1级表，其温度测量范围为0～50℃，那么它可能出现的